Квантовая электродинамика

Квантовая электродинамика

Ква́нтовая электродина́мика (КЭД) — квантовополевая теория электромагнитных взаимодействий; наиболее разработанная часть квантовой теории поля. Классическая электродинамика учитывает только непрерывные свойства электромагнитного поля, в основе же квантовой электродинамики лежит представление о том, что электромагнитное поле обладает также и прерывными (дискретными) свойствами, носителями которых являются кванты поля — фотоны. Взаимодействие электромагнитного излучения с заряженными частицами рассматривается в квантовой электродинамике как поглощение и испускание частицами фотонов.

Квантовая электродинамика количественно объясняет эффекты взаимодействия излучения с веществом (испускание, поглощение и рассеяние), а также последовательно описывает электромагнитные взаимодействия между заряженными частицами. К числу важнейших проблем, которые не нашли объяснения в классической электродинамике, но успешно разрешаются квантовой электродинамикой, относятся тепловое излучение тел, рассеяние рентгеновских лучей на свободных (точнее, слабо связанных) электронах (эффект Комптона), излучение и поглощение фотонов атомами и более сложными системами, испускание фотонов при рассеянии быстрых электронов во внешних полях (тормозное излучение) и другие процессы взаимодействия электронов, позитронов и фотонов. Меньший успех теории при рассмотрении процессов с участием других частиц обусловлен тем, что в этих процессах, кроме электромагнитных взаимодействий, играют важную роль и другие фундаментальные взаимодействия (сильное взаимодействие, слабое взаимодействие).

Мезон Мезон Барион Нуклон Кварк Лептон Адрон Атом Молекула Фотон W- и Z-бозоны Глюон Гравитон Электромагнитное взаимодействие Слабое взаимодействие Сильное взаимодействие Гравитация Квантовая электродинамика Квантовая хромодинамика Квантовая гравитация Электрослабое взаимодействие Теория великого объединения Теория всего Элементарная частица Материя (физика)
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. Фермионы слева, Бозоны справа. (пункты на картинке кликабельны)

Содержание

История создания теории

Квантовая электродинамика как последовательная квантовая теория поля была создана в 1940-х годах в работах Фейнмана, Швингера, Томонаги, Дайсона. Это была первая перенормируемая теория поля.

Аксиомы квантовой электродинамики[1]

  1. Каждому событию квантовой электродинамики (например, перемещению фотона или электрона из одной точки пространства-времени в другую или испусканию или поглощению фотона электроном) соответствует комплексное число – амплитуда вероятности события. Вероятность события равна квадрату модуля амплитуды вероятности события.
  2. Если событие может произойти взаимоисключающими способами, амплитуды вероятностей событий складываются. Если событие происходит поэтапно, или в результате ряда независимых событий, амплитуды вероятностей событий перемножаются.

Математическая формулировка

Математически, КЭД - это абелевая калибровочная теория поля с группой симметрии U(1). Калибровочное поле, которое переносит взаимодействие между заряженными полями спина-1/2, является электромагнитным полем. Лагранжиан КЭД для поля спина-1/2 взаимодействующего с электромагнитным полем равен действительной части от следующего выражения

\mathcal{L}=\bar\psi(i\gamma^\mu D_\mu-m)\psi -\frac{1}{4}F_{\mu\nu}F^{\mu\nu}

где

 \gamma^\mu - матрицы Дирака;
\psi - биспинорное поле спина-1/2 (т. е. электрон-позитронное поле);
\bar\psi\equiv\psi^\dagger\gamma_0, называемое "пси-бар";
D_\mu \equiv \partial_\mu+ieA_\mu+ieB_\mu \,\! - ковариантная производная;
e постоянная тонкой структуры;
Aμ - ковариантный 4-потенциал;
Bμ внешнее поле;
F_{\mu\nu} = \partial_\mu A_\nu - \partial_\nu A_\mu \,\! - тензор электромагнитного поля.

Важнейшие результаты в КЭД

Современные направления исследований в КЭД

  • Нелинейная КЭД
  • КЭД во внешних полях
  • Некоммутативная КЭД

Примечания

  1. Фейнман Р. КЭД — странная теория света и вещества. М.: Наука, 1988. 144 с. Серия Библиотечка «Квант», выпуск 66.

См. также

Литература



  Квантовая электродинамика  п·Электрон | Позитрон | Фотон
Аномальный магнитный момент
Позитроний


Wikimedia Foundation. 2010.

Полезное


Смотреть что такое "Квантовая электродинамика" в других словарях:

  • КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА — (КЭД), квантовая теория взаимодействующих эл. магн. полей и заряж. ч ц. Часто КЭД называют ту часть квант. теории поля, в к рой рассматривается вз ствие эл. магн. и электронно позитронного полей. Эл. магн. поле в такой теории появляется как… …   Физическая энциклопедия

  • КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА — квантовая теория электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (главным образом электронами и позитронами, мюонами). В основе квантовой электродинамики лежит подтвержденное на опыте представление о дискретности… …   Большой Энциклопедический словарь

  • КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА — КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ, исследующая ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ и его взаимодействие с заряженными частицами. Например, эта теория позволяет предсказать, что столкновение ЭЛЕКТРОНА с ПРОТОНОМ приведет к возникновению ФОТОНА… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • квантовая электродинамика — квантовая теория электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (главным образом электронами и позитронами, мюонами). В основе квантовой электродинамики лежит подтверждённое на опыте представление о дискретности… …   Энциклопедический словарь

  • квантовая электродинамика — kvantinė elektrodinamika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quantum electrodynamics vok. Quantenelektrodynamik, f rus. квантовая электродинамика, f pranc. électrodynamique quantique, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Квантовая электродинамика —         квантовая теория электромагнитных процессов; наиболее разработанная часть квантовой теории поля (См. Квантовая теория поля). Классическая электродинамика учитывает только непрерывные свойства электромагнитного поля, в основе же К. э.… …   Большая советская энциклопедия

  • квантовая электродинамика — Релятивистская квантовая теория взаимодействия фотонов и электронов …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА — совр. теория электромагнитного поля и его взаимодействия с заряж. частицами. В основе К. э. лежат законы квантовой механики и относительности теории. Согласно К. э., электромагн. поле можно рассматривать как совокупность особых частиц квантов… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА — раздел квантовой теории ноля, в к ром рассматривается эл. магн. поле и его взаимодействие с заряж. частицами (гл. обр. электронами и позитронами, мюонами). В основе К. э. лежит подтверждённое на опыте представление о дискретности эл. магн.… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Квантовая теория — имеет следующие подразделы (список неполный): Квантовая механика Алгебраическая квантовая теория Квантовая теория поля Квантовая электродинамика Квантовая хромодинамика Квантовая термодинамика Квантовая гравитация Теория суперструн См. также… …   Википедия

Книги

Другие книги по запросу «Квантовая электродинамика» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»